1. Сущность мультимедиа. История развития
| Вид материала | Документы |
- Введение в мультимедиа история развития мультимедиа Существует два определения термина, 152.01kb.
- Средства мультимедиа. Мультимедиа, 53.29kb.
- История развития мультимедиа, 146.25kb.
- Рабочей программы дисциплины «Мультимедиа технологии» по направлению подготовки 230400, 31.17kb.
- Технология Macromedia Flash, 235.9kb.
- Методика использования мультимедиа технологий на уроке Мультимедиа, 124.52kb.
- «Искусство фотографии и мультимедиа», 6.28kb.
- Программа курсов повышения квалификации «Мультимедиа-технологии в образовании», 263.59kb.
- Лекция –Семинар 2 Аппаратные и программные средства создания электронных документов, 253.93kb.
- Курс что такое х-лучи, их свойства? История открытия, его сущность, практическое применение., 36.52kb.
7.Виртуальная реальность
Средства виртуальной реальности служат для создания, с помощью компьютерной графики и других средств, реалистичного трехмерного видимого, осязаемого и звучащего пространства, в которое человек может быть погружен и где он может реально взаимодействовать с трехмерными объектами, созданными компьютером.
Виртуальная реальность - это технология трехмерного информационного взаимодействия человека и компьютера, которая реализуется с помощью комплексных мультимедиа-операционных средств.
Таким образом, для человека создается в реальном времени иллюзия непосредственного вхождения в искусственный (мнимый) мир, сформированный на базе вычислительных и программных средств и присутствия в нем. Для представления человеку объемной визуальной информации в таких системах применяются разнообразные средства ее трехмерного отображения.
Следовательно, виртуальная реальность создает у человека ощущения, которые дают ему основание считать, что он находится в реалистичной трехмерной виртуальной среде (а не в среде, где он реально существует в данный момент времени) и что он может успешно физически взаимодействовать с трехмерной виртуальной средой, используемой в целях обучения.
При создании виртуальной реальности очень важно оптимальное комплексирование различных информационных средств. Существует ряд составляющих, на которых основывается возникновение эффекта виртуальной реальности.
Первой составляющей можно считать необходимость создания высокоинформативного трехмерного цветного изображения, позволяющего человеку комфортно воспринимать динамично изменяющиеся объемные сцены виртуального пространства, которые характеризуются высоким пространственно-временным разрешением.
Второй составляющей является возможность получать при контакте с виртуальной средой обратные сигналы в форме адекватных перцептивных откликов - тактильных, звуковых и др. Эти отклики должны с высокой точностью соответствовать визуальной информации, получаемой по зрительному каналу восприятия.
Третья составляющая - это возможность активно воздействовать на состояние виртуальной среды и на процессы, протекающие в ней, при полном отражении результатов воздействия в информационных потоках, которые поступают человеку по зрительному, тактильному, звуковому и другим каналам.
Полноценный эффект возникновения виртуальной реальности может быть достигнут только тогда, когда все перечисленные составляющие будут реализованы одновременно в интерактивном режиме системы человек-компьютер.
Однако имеются проблемы, мешающие успешной и полноценной реализации названных составляющих при формировании эффекта виртуальной реальности.
Одни из этих проблем носят теоретический, другие - чисто технический характер. Кроме того, эти проблемы связаны отчасти с психологическими факторами и с постижением человеком виртуального мира, а также затрагивают вопросы, отражающие особенности восприятия физических и иных процессов, происходящих в реальном мире.
В 1966 г. производитель вертолетов компания Bell Helicopter начала разработку систем для управления ночными полетами с использованием инфракрасных камер, установленных вне кабины, и приемников, расположенных непосредственно перед глазами, на шлеме пилота. Эти эксперименты показали, что пилот вполне может летать с такими "искусственными" глазами. Направление получило название "удаленная реальность"(Remote Reality).
 Айвэн Сазерленд |
Успех опытов подтолкнул Айвэна Сазерленда, который был тогда профессором Гарвардского университета, и его студента Боба Споулла к идее заменить инфракрасные приемники электронными трубками, подключенными к компьютеру. В результате родился видеошлем (Head-Mounted Display), ставший впоследствии одним из основных элементов систем VR.
Первые изображения, демонстрируемые шлемом, были, естественно, трехмерными, но каркасными. Вплоть до 1975 г. Айвэн Сазерленд и его сподвижники работали над проблемой скрытых поверхностей, придания реалистичности изображению.
 Так выглядел первый видеошлем в 1967 г. |
1966 г. NASA внедряет авиасимуляторы.
В середине восьмидесятых Том Зиммерман сочетал деятельность в VPL Research с музыкальными увлечениями. Он захотел некоторым образом совместить акустическую гитару с электронной. За два года вместе с коллегой Янгом Харвиллом ему удалось создать своего рода интеллектуальные перчатки (DataGlove), с помощью которых можно имитировать перебор струн. Кроме того, он создал аппаратный интерфейс. Ланье и еще один сотрудник VPL Чак Блэнчард написали программное обеспечение Body Electric, переводящее движение руки в звуки.
Из желания удовлетворить музыкальные запросы неожиданно родился один из основных инструментов VR – манипулятор для руки, область использования которого вышла далеко за пределы музыкальных приложений. Как и Сазерленд, впоследствии Зиммерман изменил своему детищу, однако манипулятор DataGlove занял свое место в системах VR, как мышь в ПК.
 Том Зиммерман |
Термин "виртуальная реальность" возник на заре 90-х. Специалисты придумавшие термин "virtual reality", описывают аппарат ее создания как "средство, способное воссоздавать сны при пробуждении". Конечно, в самом начале смысл термина заметно отличался от того, который подразумевается под "виртуальностью" сегодня. Как правило, значение "виртуальной реальности" распространялось только на трехмерные компьютерные модели. Но вскоре стали появляться названия: "виртуальный офис", "виртуальная сеть", "виртуальные технологии", "виртуальный банк", "виртуальная корпорация". Использование "виртуальности" стало возрастать лавинообразно. При этом сама "виртуальная реальность" до самого недавнего времени являлась, скорее, красивой метафорой, за которой виделось нечто весьма загадочное.
Cуществует 2 типа VR
В зависимости от характера взаимодействия человека с виртуальной средой первый тип делят на три вида: пассивную, исследовательскую и активную. При работе с пассивной VR, пользователь выступает в качестве обычного зрителя, способного получать информацию, но не управлять ею. В отличие от пассивной, исследовательская виртуальная среда позволяет перемещаться внутри нее. Активная же среда дает возможность взаимодействовать с ней, внося какие угодно коррективы в ее работу. В соответствии с общей картиной развития информационных технологий, третий вид пока еще остается недоступным в полной мере исследователям киберпространства, но уже сейчас многие аналитики называют его основой, так называемого, «цифрового будущего Человечества».
2 тип виртуальной реальности можно классифицировать на: условную, прожективную и пограничную. К условному типу VR можно отнести систему, в которой изображение человека комбинируется с компьютерной картинкой среды, они моделируют определенные ситуации или действия. К прожективному классу виртуальных реальностей относятся все реальности спроектированные, исходя из некоторых идей. Например, к классу прожективных виртуальных реальностей относятся реальности, созданные на основе научных теорий. Третий тип VR можно назвать пограничными виртуальными реальностями, они представляют собой сочетание обычной реальности и виртуальной. Их создание позволяет «расширять сознание» специалиста, вооружая его «видением» и знаниями, которыми он актуально здесь и сейчас не может обладать.
Также в зависимости от поставленной цели, практикуется полное либо частичное погружение сознания пользователя в среду виртуальной реальности.
При полном погружении виртуальная реальность позволяет наблюдателю оказаться внутри искусственно созданного мира .Используя специальную технологическую экипировку, наблюдатель способен получать идущую из искусственного мира информацию с помощью своих органов чувств .
 |
Либо с помощью специальной виртуальной комнаты, в которой пол, стены и потолок снабжены экранами, на которые проектируются изображения. В этом случае, тщательно моделируются аудиальный и визуальный информационные потоки – это важно для создания специальных тренажеров для пилотов, космонавтов, водителей автомобилей, операторов ядерных реакторов и т.д.
 |
При частичном погружении в виртуальную среду человек не полностью изолируется от окружающего пространства. При этом у него создается впечатление, что он только заглядывает в окно виртуального мира, а вне этого окна продолжает видеть окружающую обстановку
 |
Методы и средства создания СВР
Являясь человеко-машинным интерфейсом качественно нового типа, моделирующим трехмерное реалистичное виртуальное окружение (внешнюю среду), СВР позволяют человеку войти в эту среду и взаимодействовать с ней. Действия человека в виртуальной реальности учитываются в процессе ее моделирования. Положение тела, направление взгляда, усилие мышц, а также результаты деятельности человека фиксируются разнообразными датчиками и вводятся в компьютер, замыкая обратную связь системы управления развитием воспроизводимого виртуального сценария.
Для создания реалистичного изображения трехмерной виртуальной среды используется трехмерная графика с различными приемами тонирования и нанесения текстуры. Трехмерное моделирование виртуальных объектов с реалистичным поведением является ключевым свойством СВР. Имитация поведения объектов виртуальной среды достигается путем реалистичного трехмерного показа внешней среды, сопровождаемого соответствующими звуковыми эффектами и даже, в ряде систем, специфическим движением частей объекта [17-20].
Для передачи естественного движения объектов в трехмерной сцене, необходимо воспроизводить объемное изображение с требуемым пространственно-временным разрешением, т.е. следует передавать последовательность изменения состояния среды с такой частотой кадров и таким числом строк, при которых человек воспринимает слитно (без мельканий и разрывов) отображаемую динамично изменяющуюся визуальную информацию.
В СВР для отображения трехмерной информации наибольшее распространение получили стереотелевизионные системы: как двух-, так и одноканальные. В стереосистемах первого типа два изображения - стереопары - отображаются одновременно на двух кинескопах (или двух плоских телевизионных панелях) и воспринимаются одновременно и левым, и правым глазом.
При этом у наблюдателя возникает иллюзия восприятия трехмерной сцены. Данный подход реализуется в так называемых стереовьюерах (нашлемных стереодисплеях). В одноканальных стереосистемах обычно реализуется последовательный принцип воспроизведения двух изображений стереопары на одном дисплее с последующим их разделением и направлением в левый и правый глаз наблюдателя.
Для разделения изображений стереопары используют различные очки: цветные, поляризационные, светоклапанные. Такие очки снижают видимую яркость изображения. Кроме того, необходимость использования специальных очков вызывает у наблюдателя определенный дискомфорт при восприятии трехмерной информации. Поэтому большое внимание здесь обращают на разработку систем трехмерного отображения, обладающих свойством автостереоскопичности, т.е. не требующих специальных стереоочков. К автостереоскопическим системам относятся растровые и голографические системы, а также системы с подвижными экранами.
Отметим, что стереосистемы и растровые системы трехмерного отображения в приемлемой по сложности реализации являются одноракурсными, т.е. в таких системах наблюдатель при любых смещениях головы может наблюдать только один ракурс трехмерного изображения.
Многоракурсными являются цифровые электроголографические системы и системы с подвижными экранами. В таких системах, вследствие заложенных в них принципов действия, формируется трехмерное изображение, которое можно рассматривать в различных ракурсах, в любом направлении и в широком диапазоне углов.
Для создания многоракурсного отображения в нашлемной стереосистеме необходимо с помощью специальных датчиков определять изменения положения головы и взгляда наблюдателя и, в соответствии с полученными сигналами, вносить вычислительным путем нужные изменения в изображение стереопары, подаваемое в нашлемный стереодисплей. Однако такой подход довольно сложен и, как следствие, не дает высокой точности отображения динамично изменяющейся многоракурсной картины.
Поэтому в ряде СВР используются автостереоскопические многоракурсные системы трехмерного отображения визуальной информации, что одновременно приводит к усложнению общей схемы СВР.
Даже самые лучшие современные дисплеи являются по пространственному разрешению слишком "крупнозернистыми" для зрительной системы человека при их использовании в стереошлемах. Кроме того, при восприятии человеком изображения со стереодисплея имеет место суженный угол зрения, который не соответствует полю зрения человека при наблюдении им реальных трехмерных сцен.
Одним из путей частичного устранения названных недостатков можно считать создание специального лазерного микросканерного минидисплея с разрешающей способностью порядка 8000і6000 элементов в кадре. Использование двух таких минидисплеев в нашлемной стереосистеме может значительно повысить эффект визуального вхождения человека в виртуальную реальность.
Звук.
Сетевая виртуальная реальность. Разработки теории и аппаратных средств ВР продолжаются. Участники первой ежегодной WWW-конференции, проводившейся в 1994 в Женеве, обсудили возможности применения ВР в WWW. Были рассмотрены разработки инструментальных средств трехмерной графики, предназначенных для расширения возможностей Web-браузеров (программ, используемых для просмотра WWW-документов). На конференции была представлена концепция «языка моделирования виртуальной реальности» (VRML). Этот язык основан на существующей технологии описания трехмерных сцен с визуализацией многоугольных объектов, освещения и материалов. В числе первых применений VRML-узлов на WWW оказались сюрреалистические ландшафты и «дискуссионные миры», где пользователи взаимодействовали с посетителями. В одном из окон можно разговаривать с другими участниками, вводя текстовый комментарий с клавиатуры.
1 Ю.Петелина, Р.Петелин. «Персональный оркестр в персональном компьютере», «Звуковая студия в персональном компьютере»